Как работает 3D-принтер? Базовые понятия и некоторые важные термины

В предыдущей статье мы затронули основные принципы послойного создания объектов. В этом материале мы рассмотрим процесс 3D-печати более подробно.

Подготовка к печати

Как уже говорилось, 3D-принтеры создают реальные, осязаемые вещи из виртуальных моделей. Поэтому, в первую очередь, в программе для 3D-моделирования создается цифровая версия будущего объекта.

Осьминог на фото — это не реальный предмет, а цифровая модель в среде 3D-редактора.

Затем модель обрабатывается специальной программой («слайсер» или «генератор G-кода»). Исходный объект “разрезается” на тонкие горизонтальные слои и преобразуется в цифровой код, понятный 3D-принтеру. Иными словами, слайсер создает набор команд, которые указывают 3D-принтеру, как и куда нужно наносить материал при 3D-печати данного объекта.

На рисунке выше — пример обработки модели осьминога «слайсером». Хорошо видны слои — именно так будет укладываться материал при 3D-печати.

Итак, модель обработана, G-код сгенерирован, объект отправляется на печать.

Устройство 3D-принтера и печать объектов

Существует множество типов 3D-принтеров, различающихся по устройству и принципам работы. Однако, все эти приборы используют один и тот же базовый принцип 3D-печати — построение объекта из тонких горизонтальных слоев материала.

На рисунке выше показано схематическое устройство механизмов. Это очень упрощенная модель — она служит только для наглядной демонстрации базовых принципов работы 3D-принтера.

Печатающая головка, как ясно из названия, формирует слои материала, постепенно выращивая из них объект. Она движется только в горизонтальной плоскости (вдоль осей X и Y).

Рабочая платформа служит для размещения объекта при печати, она двигается сверху-вниз (по оси Z).

Сам по себе, процесс 3D-печати очень прост.

В начале рабочая платформа находится в верхнем положении, а печатающая головка накладывает на нее нижний слой объекта. После того как первый слой сформирован, рабочая платформа опускается на толщину слоя, и печатающая головка накладывает новый слой материала на предыдущий.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет построен целый объект. На фотографиях выше хорошо видно тонкие горизонтальные слои материала, из которых состоит фигурка.

Теперь, разобравшись с основами, рассмотрим некоторые важные термины, касающиеся 3D-принтеров. Это нужно для того, чтобы, в дальнейшем, вам было проще понять, о чем идет речь.

Разрешение печати

Ключевая характеристика любого 3D-принтера — «разрешение печати». Под этим параметром понимают минимально допустимую высоту слоя материала, с которой может печатать данный 3D-принтер.

Разрешение печати принято обозначать в микрометрах (мкм, микрон), т.е. тысячной доле миллиметра.

Очевидно, что чем тоньше слои, тем менее заметен переход между ними, соответственно, поверхность объекта более гладкая, а его детали — более выразительные.

На фото выше показана одна и та же модель, напечатанная с разным разрешением. Хорошо видно, что объект номер 1 — самый детализированный. Далее, с увеличением толщины слоя, заметно падает качество модели, вплоть до появления раковин и дыр.

С другой стороны, чем тоньше слои, тем больше времени 3D-принтеру нужно затратить на создание объекта, тем больше нагрузка на печатающие механизмы, быстрее происходит их износ.

Разрешение печати зависит от многих факторов:

• от технологии работы 3D-принтера (например, лазерные принтеры печатают самые детализированные модели);
• от точности работы печатающих механизмов конкретной модели;
• от выбранного материала для 3D-печати;
• и, наконец, от настроек программного обеспечения.

Область печати

Еще одной важной технической характеристикой любого 3D-принтера является его рабочий объем («область печати», «зона печати» и т.д.). Именно он показывает, какого размера объекты может печатать конкретная модель 3D-принтера.

На рисунке выше зеленым обозначена область печати нашего схематического 3D-принтера.

По сути, этот параметр отображает зону досягаемости (охвата) печатающей головки принтера — в горизонтальной плоскости (по осям X и Y ) и по высоте (ось Z). Т.е. объекты, умещающиеся в эту зону, принтер сможет напечатать, если их размеры больше области печати — нет.

Размер области печати принято выражать тремя цифрами: длина, ширина и высота воображаемого параллелепипеда (пример — 20 х 20 х 20 мм). Иногда, для некоторых принтеров со специфической схемой работы механики (например, дельта-принтеров), область печати представляют в виде цилиндра и указывают его диаметр и высоту. В качестве единиц измерения, как правило, используют миллиметры.

Поддерживающие конструкции

Еще один термин, который довольно часто встречается в описаниях 3D-принтеров, это «структуры поддержки» («поддерживающие конструкции», «конструкции поддержки» и т.д.).

Чтобы понять, что это такое, взгляните на картинку ниже.

Это цифровая модель лошади. 3D-принтер будет начинать печать снизу — с задних копыт. Их он напечатает без проблем, так как они касаются рабочей платформы. А вот как быть с остальными деталями, висящими в воздухе? Принтеру для наложения слоев материала нужна какая-то основа — поверхность рабочей платформы или предыдущие слои материала. Он не может печатать в пустоте.

В таких случаях, создаются поддерживающие конструкции.

Вот эта же модель лошади, но теперь, за счет добавленных прутьев, ее детали не висят в воздухе, а касаются рабочей платформы, что дает возможность 3D-принтеру их напечатать. По завершении печати объекта, поддерживающие конструкции удаляются, и лошадь остается в своем первозданном виде.